JP2016094897A - 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な状況に応じながら、浄化対象成分の大気中への放出を防止できる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。
【解決手段】排気ガス浄化装置１２、第一吸着装置２１、及び第二吸着装置２２のいくつかの組み合わせ、並びに配置順が異なる通常吸着流路３１、並列吸着流路３２ａ、直列吸着流路３２ｂ、脱離吸着流路３３ａ、脱離流路３３ｂ、上下流吸着流路３４、及び無吸着流路３０’に切り換わる排気流路３０と、複数の流路に切り換わる排気流路３０を、排気ガス浄化装置１２の浄化状況及び再生状況、並びに第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２のそれぞれの飽和状況のいずれかに基づいた流路に切り換える流路可変機構４０と、を備えて構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関し、より詳細には、多様な状況に応じながら、浄化対象成分の大気中への放出を防止できる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。

ディーゼルエンジンを搭載したトラック等の車両では、酸化触媒（ＤＯＣ）、捕集装置（ＤＰＤ）、尿素系の選択還元型触媒（ＳＣＲ）、アンモニアスリップ触媒（ＡＳＣ）等を組み合わせた排気ガス浄化装置により、エンジンより排出される排気ガスに含有される窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）や、還元剤であるアンモニア等の浄化対象成分を浄化している。

更に、前述した排気ガス浄化装置に加えて、浄化対象成分を吸着する装置を追加した排気ガス浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この排気ガス浄化システムは、炭化水素を吸着する吸着剤を酸化触媒の上流側に配置して、酸化触媒が活性化するまでは、吸着剤で排気ガス中の炭化水素を吸着し、酸化触媒が活性化したときには、吸着剤に吸着した炭化水素を脱離して酸化触媒で酸化している。

しかし、上記の排気ガス浄化システムでは、低温時に排気ガス浄化装置を通過してしまう浄化対象成分のうちの炭化水素のみを対象としており、その他の浄化対象成分は大気に放出されるおそれがあるため排気ガスの浄化性能としては不十分である。

一方、上記の排気ガス浄化システムの吸着剤をその他の浄化対象成分を吸着させる構成にしたとしても、酸化触媒の上流側に吸着剤を配置しただけでは、エンジンや車両の運転状況により、多様に変化する排気ガス浄化装置における浄化対象成分の浄化状況や排気ガス浄化装置の再生状況の全てに対応できない。

例えば、車両が低負荷で長時間走行し、排気ガス浄化装置の酸化触媒や選択還元型触媒などの触媒が十分に活性されていない状況が長時間に及ぶ場合には、排気ガス浄化装置の上流側に配置した吸着剤に吸着できる吸着量を超えてしまい、浄化対象成分が排気ガス浄化装置を通過するおそれがある。

また、排気ガス浄化装置の捕集装置の再生時に煤（Ｓｏｏｔ）燃焼で生じた炭化水素や一酸化炭素が排気ガス中に流出する場合には、その浄化対象成分がそのまま排出されるおそれがある。

加えて、還元剤となるアンモニア（ＮＨ_３）を供給して選択還元型触媒で窒素酸化物を浄化している最中に、浄化対象成分の一つであるアンモニアが排気ガス浄化装置を通過するおそれもある。

特開２０００−３２０３２４号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、多様な状況に応じながら、浄化対象成分の大気中への放出を防止できる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関から排出された排気ガスに含有される浄化対象成分を浄化する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記浄化対象成分を低温時に吸着し、吸着した該浄化対象成分を高温時に脱離する吸着剤を有した複数の吸着装置と、前記排気ガス浄化装置の下流に少なくとも一つの前記吸着装置を配置した流路、前記排気ガス浄化装置の上流に少なくとも一つの前記吸着装置を配置した流路、並びに、前記排気ガス浄化装置の上流及び下流のそれぞれに前記吸着装置を配置しない流路に切り換わる排気流路と、複数の流路に切り換わる前記排気流路を、前記排気ガス浄化装置の浄化状況、該排気ガス浄化装置の再生状況、及び複数の前記吸着装置の飽和状況のいずれかに基づいた流路に切り換える流路可変機構と、を備えたことを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、排気流路に配置された排気ガス浄化装置で、内燃機関から排出された排気ガス含有される浄化対象成分を浄化すると共に、該排気流路に配置されて、該浄化対象成分を低温時に吸着し、吸着した該浄化対象成分を高温時に脱離する吸着剤を有した複数の吸着装置で、更に浄化する内燃機関の排気ガス浄化方法であって、前記排気ガス浄化装置の浄化状況、該排気ガス浄化装置の再生状況、及び複数の前記吸着装置の飽和状況のいずれかに基づいて、前記排気流路を、前記排気ガス浄化装置の下流に少なくとも一つの前記吸着装置を配置した流路、前記排気ガス浄化装置の上流に少なくとも一つの前記吸着装置を配置した流路、又は、前記排気ガス浄化装置の上流及び下流のそれぞれに前記吸着装置を配置しない流路に切り換えることで、前記排気ガス浄化装置を通過した前記浄化対象成分を少なくとも一つの前記吸着装置で吸着すること、及び、前記吸着装置から脱離した前記浄化対象成分を前記排気ガス浄化装置で浄化すること、及び、前記排気ガス浄化装置を通過する前の前記浄化対象成分を前記吸着装置で吸着すること、及び、前記吸着装置を用いないことのいずれか又はいくつかを組み合わせて、排気ガスを浄化することを特徴とする方法である。

なお、ここでいう浄化対象成分とは、排気ガスに含有される未然の炭化水素、炭素酸化物、及び窒素酸化物と、排気ガス浄化装置で使用される還元剤とを含むものである。この還元剤としては、例えば、アンモニアや炭化水素を例示できる。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、排気ガス浄化装置及び複数の吸着装置のいくつかの組み合わせ、並びに配置順が異なる流路に切り換わる排気流路を、排気ガス浄化装置の浄化状況、排気ガス浄化装置の再生状況、及び複数の吸着装置の飽和状況のいずれかに基づいた流路に切り換えることで、多様な状況のそれぞれに応じながら、浄化対象成分の大気中への放出を防止できる。

例えば、酸化触媒や選択的還元触媒が活性化していない場合には、排気ガス浄化装置の下流に配置した吸着装置で排気ガス浄化装置を通過する浄化対象成分を吸着すると共に、排気ガス浄化装置の上流に配置した吸着装置で排気ガス浄化装置を通過する前の浄化対象成分を吸着できるので、浄化対象成分により排気ガス浄化装置が被毒することを防止できる。

また、エンジンの運転状況により一時的に浄化対象成分が増加した場合には、あるいは排気ガス浄化装置を再生させる場合には、一つの吸着装置では吸着しきれないような多量
の浄化対象成分を複数の吸着装置で吸着することができる。

また、吸着量が飽和しそうな吸着装置から吸着した浄化対象成分を脱離する場合には、その脱離する吸着装置を排気ガス浄化装置の上流側に配置しても、残りの吸着装置を排気ガス浄化装置の下流に配置することで、吸着装置から浄化対象成分を脱離している間でも残りの吸着装置で排気ガス浄化装置を通過した浄化対象成分を吸着することができる。

また、長時間、エンジンを高負荷で運転し、排気ガス浄化装置の下流に吸着装置を配置しても高温の排気ガスが通過することで、その吸着装置から吸着した浄化対象成分が脱離するような場合には、排気ガス浄化装置の下流に吸着装置を配置せずに、吸着装置からの脱離によって浄化対象成分が大気に放出されることを抑制できる。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムの実施形態を例示する模式図であり、通常吸着流路を例示する。 本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムの実施形態を例示する模式図であり、吸着装置が並列に配置された多大吸着流路を例示する。 本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムの実施形態を例示する模式図であり、吸着装置が直列に配置された多大吸着流路を例示する。 本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムの実施形態を例示する模式図であり、脱離吸着流路を例示する。 本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムの実施形態を例示する模式図であり、脱離流路を例示する。 本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムの実施形態を例示する模式図であり、上下流吸着流路を例示する。 本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムの実施形態を例示する模式図であり、無吸着流路を例示する。 図１〜図７に示す各流路を切り換える際の各流路切換弁の動作を例示する説明図である。 本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法の実施形態を例示するフローチャートである。 図９のステップＳ３０の詳細を例示するフローチャートである。 図１〜図７の排気流路及び流路可変機構の別形態を例示する模式図であり、吸着装置が直列に配置された多大吸着流路を例示する。 図１〜図７及び図１１の排気流路及び流路可変機構の別形態を例示する模式図であり、吸着装置が直列に配置された多大吸着流路を例示する。 図１〜図７、図１１、及び図１２の排気流路及び流路可変機構の別形態を例示する模式図であり、吸着装置が直列に配置された多大吸着流路を例示する。 図３の吸着装置が直列に配置された多大吸着流路の別形態を例示する。

以下、本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法の実施形態について説明する。なお、以下では、未然の炭化水素、炭素酸化物、窒素酸化物、及びアンモニアを浄化対象成分として説明する。

図１〜図７は、本発明の実施形態の内燃機関の排気ガス浄化システム１１の構成を示す。この排気ガス浄化システム１１においては、ディーゼルエンジン（以下、エンジン）１０に搭載されるものである。

排気ガス浄化システム１１においては、排気ガス浄化装置１２を備え、その排気ガス浄
化装置１２には、上流から順に、酸化触媒１３、捕集装置１４、尿素水噴射弁１５、ＳＣＲ触媒１６、及びアンモニアスリップ触媒１７が配置されている。

各触媒が活性化した状態で、エンジン１０から排出された排気ガスＧがこの排気ガス浄化装置１２を通過すると、酸化触媒１３では、排気ガスに含有される未燃の炭化水素、炭素酸化物、及び窒素酸化物が酸化される。次いで、捕集装置１４では、担持された触媒によって窒素酸化物が酸化されると共に、排気ガスに含有される粒子状物質が捕集される。また、この捕集装置１４では、捕集した粒子状物質と二酸化窒素とを反応させることで粒子状物質が酸化除去される（以下、パッシブ再生という）。次いで、ＳＣＲ触媒１６では、窒素酸化物が尿素水噴射弁１５から噴射された尿素水の加水分解により生じたアンモニアを還元剤とした各ＳＣＲ反応によって還元される。次いで、ＳＣＲ触媒１６を通過したアンモニアは、アンモニアスリップ触媒１７で酸化除去される。

このように、排気ガス浄化装置１２は、排気ガスに含有される炭化水素、炭素酸化物、及び窒素酸化物、並びに、還元剤としてのアンモニアを酸化及び還元している。

また、排気ガス浄化装置１２においては、上記の排気ガスの浄化に伴って、定期的に、あるいは、捕集装置１４に粒子状物質が多く堆積した場合に、再生制御を行う必要がある。この排気ガス浄化装置１２の再生制御においては、シリンダ内の燃料噴射制御でポスト噴射したり、排気ガスに未然燃料を供給して、その未然燃料を酸化触媒１３で酸化したりすることで、一時的に排気ガスの温度を上昇させる。そして、その高温の排気ガスにより、捕集装置１４に堆積した粒子状物質を燃焼除去したり、あるいは、ＳＣＲ触媒１６に堆積した尿素水の白色成分を燃焼除去したりしている。

しかし、エンジン１０の運転状況や車両の走行状況によっては、排気ガス浄化装置１２の各触媒が活性化せずに浄化対象成分が排気ガス浄化装置１２を通過する場合や、上記の排気ガス浄化装置１２の再生制御時に、排気ガス浄化装置１２を通過する浄化対象成分が一時的に増加する場合がある。

そこで、本発明の排気ガス浄化システム１１においては、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２と、複数の流路に切り換わる排気流路３０と、その複数の流路に切り換わる排気流路３０を、排気ガス浄化装置１２の浄化状況及び再生状況、並びに第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２のそれぞれの飽和状況のいずれかに基づいた流路に切り換える流路可変機構４０と、を備えて構成される。

第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２が備える吸着剤２０の素材としては、ゼオライト、粘土鉱物、多孔質シリカ、活性炭、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の表面積が大きく、高温で安定な素材、これらを担体としてのアルカリ金属やアルカリ土類金属酸化物等の浄化対象成分の吸着量を増加する成分を担持した素材、鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）等の遷移金属をイオン交換したゼオライト、及び、これらの混合物や複層物を使用することができる。

第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２は、上記の吸着剤２０を、コージェライトや炭化ケイ素（ＳｉＣ）基材のモノリスにコーティングして、あるいは担体に練り込んで構成されている。そして、この第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２は、それぞれを通過する排気ガスＧの温度が低温の場合には、吸着剤２０で浄化対象成分及びアンモニアを含む浄化対象成分を吸着し、排気ガスＧの温度が高温の場合には、吸着剤２０で吸着した浄化対象成分を脱離する。なお、この第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２が浄化対象成分を吸着できる排気ガスＧの温度は、例えば、１５０度以下であり、吸着した浄化対象成分が脱離する排気ガスＧの温度は、例えば、２５０度以上である。

排気流路３０は、排気ガス浄化装置１２の下流に第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２のうちの少なくとも一方を配置した流路、排気ガス浄化装置１２の上流に第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２のうちの少なくとも一方を配置した流路、並びに、排気ガス浄化装置の上流及び下流のそれぞれに第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２を配置しない流路に切り換わる。

図１〜図７は、排気流路３０が切り換わった流路のそれぞれを示している。なお、図１及び図５においては第二吸着装置２２に代えて第一吸着装置２１を配置してもよく、図３、図４、及び図６の配置順においては第一吸着装置２１を排気ガス浄化装置１２の上流に、第二吸着装置２２を排気ガス浄化装置１２の下流に配置してもよい。

図１に示すように、排気流路３０は、排気ガス浄化装置１２の下流に排気ガス浄化装置１２を通過した浄化対象成分を吸着する第二吸着装置２２を配置した通常吸着流路３１に切り換わる。

また、図２に示すように、排気流路３０は、排気ガス浄化装置１２の下流に排気ガス浄化装置１２を通過した浄化対象成分を吸着する第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２を並列に配置した並列吸着流路３２ａに切り換わる。

また、図３に示すように、排気流路３０は、排気ガス浄化装置１２の下流に排気ガス浄化装置１２を通過した浄化対象成分を吸着する第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２を直列に配置した直列吸着流路３２ｂに切り換わる。

また、図４に示すように、排気流路３０は、排気ガス浄化装置１２の上流に吸着した浄化対象成分が脱離する第二吸着装置２２を配置すると共に、排気ガス浄化装置１２の下流に排気ガス浄化装置１２を通過した浄化対象成分を吸着する第一吸着装置２１を配置した脱離吸着流路３３ａに切り換わる。

また、図５に示すように、排気流路３０は、排気ガス浄化装置１２の上流に吸着した浄化対象成分が脱離する第二吸着装置２２を配置すると共に、排気ガス浄化装置１２の下流に第一吸着装置２１を配置しない脱離流路３３ｂに切り換わる。

また、図６に示すように、排気流路３０は、排気ガス浄化装置１２の上流に排気ガス浄化装置１２を通過する前の浄化対象成分を吸着する第二吸着装置２２を配置すると共に、排気ガス浄化装置１２の下流に排気ガス浄化装置１２を通過した浄化対象成分を吸着する第一吸着装置２１を配置した上下流吸着流路３４に切り換わる。

また、図７に示すように、排気流路３０は、排気ガス浄化装置１２の上流及び下流に第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２を配置しない無吸着流路３０’に切り換わる。

この排気ガス浄化システム１１の動作について説明する。排気ガス浄化システム１１が動作することによる本発明の排気ガス浄化方法は、排気ガス浄化装置１２、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２のいくつかの組み合わせ及びそれらの配置順が異なる流路に切り換わる排気流路３０を、排気ガス浄化装置１２の浄化状況及び再生状況、並びに第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２のそれぞれの飽和状況のいずれかに基づいて、それらの状況に応じて適時切り換えて、排気ガスＧを浄化する方法である。

具体的には、酸化触媒１３やＳＣＲ触媒１６などの各触媒が活性化していない第一の状況では、図６に示すように、流路可変機構４０が排気流路３０を上下流吸着流路３４に切
り換える。

この上下流吸着流路３４により、低温の排気ガスＧを第二吸着装置２２及び排気ガス浄化装置１２の順に通過させて、第二吸着装置２２で排気ガス浄化装置１２を通過する前の浄化対象成分を吸着する。

これにより、浄化対象成分により排気ガス浄化装置１２が被毒することを防止できる。更に、この上下流吸着流路３４においては、残りの第一吸着装置２１を排気ガス浄化装置１２の下流に配置することで、排気ガス浄化装置１２を通過する浄化対象成分を吸着できる。つまり、この第一の状況では、排気ガス浄化装置１２の上流及び下流の両方に吸着装置を配置して、各触媒が活性化していない状況でも、浄化対象成分を浄化できる。

また、排気ガス浄化装置１２の各触媒がある程度活性化したが、十分に浄化対象成分を浄化できない第二の状況や、エンジン１０の運転状況や排気ガス浄化装置の再生により一時的に排気ガス浄化装置１２を通過する浄化対象成分が増加する第四の状況では、図２又は図３に示すように、流路可変機構４０が排気流路３０を並列吸着流路３２ａ又は直列吸着流路３２ｂのどちらか一方に切り換える。

この並列吸着流路３２ａ又は直列吸着流路３２ｂにより、排気ガスＧを排気ガス浄化装置１２と並列に又は直列に配置された第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２との順に通過させて、複数の第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２で排気ガス浄化装置１２を通過した浄化対象成分を通常吸着流路３１よりも多く吸着する。これにより、排気ガス浄化装置１２を通過した、一つの吸着装置では吸着しきれない浄化対象成分を第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の複数の吸着装置で吸着することができる。

第二の状況及び第四の状況の場合には、基本的に、排気流路３０を直列吸着流路３２ｂに切り換え、排気ガス浄化装置１２を通過後の排気ガスＧの流量が多量になった場合に、排気流路３０を並列吸着流路３２ａに切り換えることが望ましい。

基本的に、直列吸着流路３２ｂを使用することで、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の両方が同時に飽和することを回避できる。

また、浄化対象成分が増加するような状況で、排気ガス浄化装置１２を通過した排気ガスＧの流量が多量になった場合に、並列吸着流路３２ａを使用することで、並列に配置した第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２によって吸着剤２０の吸着できる容量が二倍に増加する。従って、仮に排気ガス浄化装置１２を通過した排気ガスＧの流量が多くなっても、並列した第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の両方で浄化対象成分を吸着できると共に圧力損失も抑制できる。

また、吸着量が飽和するおそれがある第二吸着装置２２から吸着した浄化対象成分を脱離する第三の状況では、図４及び図５に示すように、流路可変機構４０が排気流路３０を脱離吸着流路３３ａ又は脱離流路３３ｂのどちらか一方に切り換える。

この脱離吸着流路３３ａ又は脱離流路３３ｂにより、高温の排気ガスＧを第二吸着装置２２及び排気ガス浄化装置１２の順に通過させて、第二吸着装置２２から脱離した浄化対象成分を排気ガス浄化装置１２で浄化する。

第三の状況の場合には、基本的に、排気流路３０を脱離吸着流路３３ａａに切り換えて、排気ガス浄化装置１２を通過後の排気ガスＧの温度が高温、浄化対象成分の通過量が少量などの場合に、排気流路３０を脱離流路３３ｂに切り換えることが望ましい。

基本的に、脱離吸着流路３３ａを使用することで、残りの第一吸着装置２１が排気ガス浄化装置１２の下流に配置されるので、第二吸着装置２２から浄化対象成分を脱離している間でも残りの第一吸着装置２１で排気ガス浄化装置１２を通過した浄化対象成分を吸着することができる。

排気ガス浄化装置１２を通過後の排気ガスＧの温度が高温の場合や、浄化対象成分の通過量が少量などの場合に、排気ガス浄化装置１２の下流に第一吸着装置２１又は第二吸着装置２２を配置すると、吸着した浄化対象成分が脱離されて、その浄化対象成分が大気に放出されるおそれがあるので、脱離流路３３ｂを使用して、排気ガス浄化装置１２の下流での浄化対象成分の脱離を防止できる。また、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の使用頻度を減らすことで、脱離しなければならない状況を低減できる。

また、排気ガス浄化装置１２で十分に浄化対象成分を浄化できる、あるいは、排気ガス浄化装置１２を通過後の排気ガスの温度が高温になる第五の状況では、図７に示すように、流路可変機構４０が排気流路３０を無吸着流路３０’に切り換える。

この無吸着流路３０’により、排気ガスを排気ガス浄化装置１２の上流及び下流で第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２に通過しないので、排気ガスが高温の場合に排気ガス浄化装置１２の下流で生じるおそれのある第一吸着装置及び第二吸着装置２２からの浄化対象成分の脱離を防止できる。また、排気ガス浄化装置１２で十分に浄化対象成分を浄化できる場合に第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２を使用しないので、脱離しなければならない状況を低減できる。

また、上記の状況以外では、図１に示すように、流路可変機構４０が排気流路３０を通常吸着流路３１に切り換える。この通常吸着流路３１により、排気ガスＧを排気ガス浄化装置１２及び第二吸着装置２２の順に通過させて、第二吸着装置２２で排気ガス浄化装置１２を通過した浄化対象成分を吸着する。

このように、上記の排気ガス浄化システム１１及び排気ガス浄化方法によれば、排気ガス浄化装置１２と、複数の吸着装置としての第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２とのいくつかの組み合わせ、及び配置順が異なる複数の流路に切り換わる排気流路３０を、多様な状況に応じた流路に切り換えることで、浄化対象成分が大気へ放出されることを防止できると共に、浄化対象成分による排気ガス浄化装置１２の浄化率の悪化、並びに第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２が飽和して浄化対象成分を吸着できなくなる状態を回避できる。更に、排気ガス浄化装置１２の下流で第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２からの浄化対象成分の脱離を防止できると共に、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の使用頻度も低減できる。

また、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２を設けることで、排気ガス浄化装置１２の酸化触媒１３、ＳＣＲ触媒１６、及びアンモニアスリップ触媒１７の浄化能力を従来の触媒よりも低く設計することも可能となるため、酸化触媒１３、ＳＣＲ触媒１６、及びアンモニアスリップ触媒１７の容量の低減や貴金属量の低減を行うことができ、コストダウンを図ることもできる。

次に、実施形態の排気ガス浄化システム１１における排気流路３０及び流路可変機構４０の詳細について説明する。

図１〜図７に示すように、排気流路３０は、上流通路３５、並列通路３６、導入三叉通路３７、導出三叉通路３８、及び迂回通路３９により構成されている。

上流通路３５は、排気ガス浄化装置１２の上流に配置されている。

並列通路３６は、排気ガス浄化装置１２の下流に配置され、導入通路３６ａ、第一通路３６ｂ、第二通路３６ｃ、及び導出通路３６ｄを有している。

導入通路３６ａは、その上流端が排気ガス浄化装置１２の出口に接続されている。この導入通路３６ａは、排気ガスＧが通過している間にこの排気ガスＧが十分に冷却される通路で構成することが望ましい。なお、導入通路３６ａを通過した後の排気ガスＧの温度は１５０℃以下が好ましい。

導入通路３６ａを通過する排気ガスＧを冷却する構成としては、例えば、配管長を十分長くする、表面に凹凸形状を設けて表面積を大きくする、走行風が良く当たるようにレイアウトする、内部を通過する排気ガスＧと熱交換を行う熱交換器や冷却するファン等の冷却装置を設ける等を例示できる。

このように、導入通路３６ａを排気ガスＧが通過している間にこの排気ガスＧが十分に冷却される通路で構成することにより、導入通路３６ａから第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２に流入する排気ガスＧの温度を低温とすることができるので、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２に浄化対象成分をより多く吸着させることができる。

また、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２から吸着した浄化対象成分を脱離するときを除いては流入する排気ガスＧの温度が低温となることで、比較的低温の環境に曝されている場合が多いことから第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２が劣化し難くなり、耐久性の向上には有利となる。

第一通路３６ｂ及び第二通路３６ｃは導入通路３６ａの上流端及び第二通路３６ｃの上流端のそれぞれが導入通路３６ａの下流端に接続され、且つ、導入通路３６ａの下流端及び第二通路３６ｃの下流端のそれぞれが導出通路３６ｄの上流端に接続されることで、互いに並列に配置されている。

導入三叉通路３７は、上流端が上流通路３５に接続された第一接続通路３７ａ、上流端が第一接続通路３７ａの下流端に接続され、下流端が第一吸着装置２１の下流の第一通路３６ｂに接続された第二接続通路３７ｂ、及び上流端が第一接続通路３７ａの下流端に接続され、下流端が第二吸着装置２２の下流の第二通路３６ｃに接続された第三接続通路３７ｃにより構成されている。

導出三叉通路３８は、上流端が上流通路３５に接続された第四接続通路３８ａ、上流端が第四接続通路３８ａの下流端に接続され、下流端が第一吸着装置２１の上流の第一通路３６ｂに接続された第五接続通路３８ｂ、及び上流端が第四接続通路３８ａの下流端に接続され、下流端が第二吸着装置２２の上流の第二通路３６ｃに接続された第六接続通路３８ｃにより構成されている。また、第四接続通路３８ａは、第一接続通路３７ａよりも下流で上流通路３５に接続されている。

この導入三叉通路３７及び導出三叉通路３８のそれぞれは、導入通路３６ａと比較して、排気ガスＧが通過している間にこの排気ガスＧの温度が変化しない通路で構成することが望ましい。例えば、配管長を十分短くする、この配管を二重管構造にする、この配管に走行風が当たりにくいレイアウトにする等を例示できる。

このように、導入三叉通路３７及び導出三叉通路３８のそれぞれを排気ガスＧが通過し
ている間にこの排気ガスＧの温度が変化しない通路で構成することにより、高温の排気ガスＧを通過させて第一吸着装置２１又は第二吸着装置２２に導入した場合には、第一吸着装置２１又は第二吸着装置２２に吸着された浄化対象成分を効率よく脱離させることができると共に、その高温の排気ガスＧを排気ガス浄化装置１２へ導入させることができる。一方、低温の排気ガスＧを通過させて第一吸着装置２１又は第二吸着装置２２に導入した場合には、より多く吸着させることができる。

なお、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２から浄化対象成分を脱離する場合には、導入三叉通路３７を通過した後の排気ガスＧの温度は２５０度以上が好ましく、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２で浄化対象成分を吸着する場合には、導入三叉通路３７を通過した後の排気ガスＧの温度は１５０度以下が好ましい。

また、第二接続通路３７ｂ及び第三接続通路３７ｃは、第一通路３６ｂ及び第二通路３６ｃに対して下流側に向かって離間する斜走配管が望ましく、第五接続通路３８ｂ及び第六接続通路３８ｃは第一通路３６ｂ及び第二通路３６ｃに対して上流側に向かって離間する斜走配管が望ましい。このように構成することで、排気ガスＧを、導入三叉通路３７により排気ガスＧを第一通路３６ｂ及び第二通路３６ｃへ導入したときに、及び導出三叉通路３８により第一通路３６ｂ及び第二通路３６ｃから導出したときに、円滑に流すことができる。

迂回通路３９は、上流端が並列通路３６の上流の分岐点に接続され、下流端が並列通路３６の下流の分岐点に接続されている。

流路可変機構４０は、第一流路切換弁４１、第二流路切換弁４２、第三流路切換弁４３、第四流路切換弁４４、第五流路切換弁４５、及びそれらの流路切換弁を制御する制御装置４６により構成されている。

第一流路切換弁４１は、開閉弁で形成されて、上流通路３５の導入三叉通路３７への分岐点と導出三叉通路３８からの分岐点との間に配置されている。この第一流路切換弁４１は、排気流路３０を通常吸着流路３１、並列吸着流路３２ａ、直列吸着流路３２ｂ、及び無吸着流路３０’に切り換える際に開いて上流通路３５を開放する。一方、脱離吸着流路３３ａ、脱離流路３３ｂ、及び上下流吸着流路３４を選択する際に閉じて上流通路３５を遮断する。

また、この第一流路切換弁４１は、排気流路３０を脱離吸着流路３３ａ及び脱離流路３３ｂに切り換える際には、開方向から閉方向に徐々に閉じることで、第一吸着装置２１又は第二吸着装置２２に流入する排気ガスＧの流量を徐々に増加させて、吸着剤２０を徐々に暖めることが望ましい。これにより、急激に排気ガスＧの流れを切り替えた際に、吸着剤２０が急激に暖められることで高濃度の浄化対象成分が一過的に放出されてしまうことを防止できる。

第二流路切換弁４２は、四方弁で形成されて、並列通路３６の導入通路３６ａから第一通路３６ｂ及び第二通路３６ｃ、並びに迂回通路３９への分岐点に配置される。第三流路切換弁４３は、四方弁で形成されて、第一通路３６ｂ及び第二通路３６ｃ、並びに迂回通路３９から導出通路３６ｄへの分岐点に配置される。

この第二流路切換弁４２及び第三流路切換弁４３は、排気流路３０を、通常吸着流路３１、脱離吸着流路３３ａ、及び上下流吸着流路３４に切り換える際に、第一通路３６ｂ及び第二通路３６ｃのどちらか一方を開放すると共に他方を遮断する。また、排気流路３０を、並列吸着流路３２ａに切り換える際に、第一通路３６ｂ及び第二通路３６ｃの両方を開放する。

また、排気流路３０を、直列吸着流路３２ｂに切り換える際に、第二流路切換弁４２は、導入通路３６ａ及び第二通路３６ｃを連通すると共に、第一通路３６ｂ及び迂回通路３９を連通する。一方、第三流路切換弁４３は、第二通路３６ｃ及び第一通路３６ｂを連通すると共に、迂回通路３９及び導出通路３６ｄを連通する。また、排気流路３０を脱離流路３３ｂ、及び無吸着流路３０’に切り換える際に、第二流路切換弁４２は、導入通路３６ａ及び迂回通路３９を連通し、第三流路切換弁４３は、迂回通路３９及び導出通路３６ｄを連通する。

第四流路切換弁４４は、三方弁で形成されて、導入三叉通路３７の分岐点に配置されている。第五流路切換弁４５は、三方弁で形成されて、導出三叉通路３８の分岐点に配置されている。この第四流路切換弁４４及び第五流路切換弁４５は、排気流路３０を通常吸着流路３１、並列吸着流路３２ａ、直列吸着流路３２ｂ、及び無吸着流路３０’に切り換える際に閉じて、導入三叉通路３７及び導出三叉通路３８を遮断する。一方、脱離吸着流路３３ａ、脱離流路３３ｂ、及び上下流吸着流路３４を選択する際に開いて、第二接続通路３７ｂ及び第三接続通路３７ｃのどちらか一方を開放すると共に他方を遮断すると共に、第五接続通路３８ｂ及び第六接続通路３８ｃのどちらか一方を開放すると共に他方を遮断する。

図８は、排気流路３０を通常吸着流路３１、並列吸着流路３２ａ、直列吸着流路３２ｂ、脱離吸着流路３３ａ、脱離流路３３ｂ、上下流吸着流路３４、及び無吸着流路３０’に切り換えるときの、各流路切換弁の動作を示している。

制御装置４６は、排気ガス浄化装置１２の浄化状況及びと再生状況、並びに、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の飽和状況のいずれかに基づいて上記の各流路切換弁を制御するマイクロコントローラである。この制御装置４６は、図示しないアクセル開度センサ等の各種センサの情報に基づいて、エンジン１０の全般の制御を行う全体システム制御装置に組み込んでもよいし、独立して設けてもよい。また、この制御装置４６は、前述した尿素水噴射弁１５の制御や、排気ガス浄化装置１２の再生制御も行っている。

また、制御装置４６は、装置入口温度取得手段として、上流通路３５を通過する排気ガスの温度Ｔ１を推定する手段を有している。この温度Ｔ１は、エンジン１０の運転状態、つまり、エンジン１０の筒内へ噴射される燃料噴射量及び吸入空気量に基づいて推定され、その推定には制御装置４６に予め実験及び試験により作成された温度推定マップを用いている。なお、温度Ｔ１を、上流通路３５のいずれかの箇所、好ましくは第一流路切換弁４１の上流に配置した温度センサにより取得してもよい。

また、制御装置４６は、触媒入口温度取得手段として、排気ガス浄化装置１２の捕集装置１４の下流、且つＳＣＲ触媒１６の上流に配置され、その配置された箇所を通過する排気ガスの温度Ｔ２を取得する第一温度センサ４７ａに接続されている。

また、制御装置４６は、吸着装置入口温度取得手段として、排気ガス浄化装置１２の下流、且つ第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の上流に配置され、その配置された箇所を通過する排気ガスの温度Ｔ３を取得する第二温度センサ４７ｂに接続されている。なお、この実施形態では、並列通路３６の導入通路３６ａの下流側に配置したが、第一通路３６ｂ及び第二通路３６ｃのそれぞれに配置してもよい。

また、制御装置４６は、通過量取得手段として、並列通路３６の導入通路３６ａに配置され、その配置された箇所を通過する排気ガスに含有される窒素酸化物濃度ρ_ＮＯｘを取
得する窒素酸化物濃度センサ４８、及びアンモニア濃度ρ_ＮＨ３を取得するアンモニア濃度センサ４９のそれぞれに接続されている。なお、この窒素酸化物濃度センサ４８及びアンモニア濃度センサ４９の検出値を、排気ガス浄化装置１２における尿素水噴射弁１５から噴射される尿素水噴射量の判断用にも使用すると共に、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の吸着剤２０における浄化対象成分の堆積状態も推定する。これらの濃度センサは、導入通路３６ａでの配置が好ましいが、導出通路３６ｄに配置してもよい。

次に、実施形態のエンジン１０の排気ガス浄化方法の詳細について図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。

これらのフローチャートに例示される排気ガス浄化方法は、エンジン１０の運転中に一定の制御時間間隔毎に、スタートして、各ステップを実施してはリターンする方法であり、エンジンの運転中は繰り返し実施される方法である。そして、エンジン１０が運転停止すると、割り込みが生じて、スタートにリターンして終了する方法である。

また、この排気ガス浄化方法は、ステップＳ１０〜ステップＳ５０における各判定を行って、排気ガス浄化装置１２の浄化状況及び再生状況、並びに第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の飽和状況を判別して、各状況に基づいて多数の流路に切り換わる排気流路３０の中から最適な流路を選択する方法である。

スタートすると、ステップＳ１０では、制御装置４６が推定した温度Ｔ１が予め定められた第一閾値Ｔａ以上か否かを判定する。この第一閾値Ｔａは、排気ガス浄化装置１２の各触媒が活性化しているか否かを判定できる値に設定され、好ましくは１００度以上、２５０度以下の値、より好ましくは２００度に設定される。

このステップＳ１０で、温度Ｔ１が第一閾値Ｔａ未満の場合には、制御装置４６は、排気ガス浄化装置１２の各触媒が活性化していない状況、すなわち浄化対象成分によって排気ガス浄化装置１２が被毒するおそれがあり、且つ排気ガス浄化装置１２を通過する浄化対象成分が増加する第一の状況と判定して、ステップＳ６０へ進む。

次いで、ステップＳ６０では、制御装置４６が、上下流吸着流路３４を選択する。このステップＳ６０において上下流吸着流路３４が選択されると、制御装置４６が各流路切換弁を制御して、排気流路３０を上下流吸着流路３４に切り換える。

この上下流吸着流路３４により、第二吸着装置２２で排気ガス浄化装置１２を通過する前の低温の排気ガスＧに含有される浄化対象成分を吸着すると共に、第一吸着装置２１で排気ガス浄化装置１２を通過した後の浄化対象成分を吸着する。つまり、エンジン１０の低温始動時や、長期の低負荷運転時の浄化対象成分の大気への放出を防止すると共に、浄化対象成分により排気ガス浄化装置１２が被毒することを防止する。

上記のステップＳ１０で、温度Ｔ１が第一閾値Ｔａ以上の場合には、ステップＳ２０へ進む。次いで、ステップＳ２０では、制御装置４６が第一温度センサ４７ａから取得した温度Ｔ２が予め定められた第二閾値Ｔｂ以上か否かを判定する。この第二閾値Ｔｂは、尿素水噴射弁１５から尿素水を噴射した際に、その尿素水が十分に加水分解されるか否かを判定できる値に設定され、好ましくは１７０度以上、２５０度以下の値、より好ましくは２００度に設定される。

このステップＳ２０で、温度Ｔ２が第二閾値Ｔｂ未満の場合には、制御装置４６は、排気ガス浄化装置１２の上流側の酸化触媒１３が活性化されているが、尿素水を噴射しても、その尿素水が十分に活性化されない状況、すなわち排気ガス浄化装置１２が浄化対象成分を十分に浄化できない第二の状況と判定して、ステップＳ７０へ進む。

次いで、ステップＳ７０では、制御装置４６が、並列吸着流路３２ａ又は直列吸着流路３２ｂを選択する。このステップＳ７０において並列吸着流路３２ａ又は直列吸着流路３２ｂが選択されると、制御装置４６が、各流路切換弁を制御して、排気流路３０を並列吸着流路３２ａ又は直列吸着流路３２ｂに切り換える。

この並列吸着流路３２ａ又は直列吸着流路３２ｂにより、複数の第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２で排気ガス浄化装置１２を通過した高温の排気ガスＧに含有される浄化対象成分を確実に吸着する。つまり、エンジン１０が急に過渡状態になったときの浄化対象成分の大気への放出を防止する。

上記のステップＳ２０で、温度Ｔ２が第二閾値Ｔｂ以上の場合には、ステップＳ３０へ進む。次いで、ステップＳ３０では、制御装置４６が、条件Ａが成立したか否かを判定する。この条件Ａの成立条件は、第一吸着装置２１又は第二吸着装置２２のどちらか一方が脱離する状況になることである。

ステップＳ３０で、条件Ａが成立する、すなわち第一吸着装置２１又は第二吸着装置２２のどちらか一方を脱離する状況の場合には、制御装置４６が、第一吸着装置２１又は第二吸着装置２２のどちらか一方が飽和するおそれがある状況、すなわち第三の状況と判定して、ステップＳ５０へ進む。

次いで、ステップＳ５０では、制御装置４６が、条件Ｂが成立したか否かを判定する。この条件Ｂの成立条件は、二つあり、一つは、排気ガス浄化装置１２が再生中、且つ、窒素酸化物濃度センサ４８の検出値である窒素酸化物濃度ρ_ＮＯｘが予め定められた第三閾値ρａ以下、且つ、アンモニア濃度センサ４９の検出値であるアンモニア濃度ρ_ＮＨ３が予め定められた第四閾値ρｂ以下である。また、もう一つは、第二温度センサ４７ｂの検出値である温度Ｔ３が第五閾値Ｔｃ以上である。

この排気ガス浄化装置１２の再生中か否かは、排気ガス浄化装置１２の捕集装置１４のアクティブ再生が実行されているか、あるいはＳＣＲ触媒１６の被毒再生が実行されているかで判定している。捕集装置１４のアクティブ再生においては、例えば、捕集装置１４の前後の差圧が閾値以上の場合に実行され、ＳＣＲ触媒１６の被毒再生においては、走行距離や走行時間が閾値以上の場合に実行される。

また、第三閾値ρａは、窒素酸化物が大気に放出されても影響のない値に設定される。また、第四閾値ρｂは、アンモニアが大気に放出されても影響のない値に設定される。

また、第五閾値Ｔｃは、排気ガスＧが第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２を通過した際に、吸着した浄化対象成分が脱離する温度に設定される。この第五閾値Ｔｃは、例えば、２５０度以上に設定される。

ステップＳ５０で、条件Ｂが成立しない、すなわち排気ガス浄化装置１２を通過する浄化対象成分があり、且つ、脱離対象ではない第一吸着装置２１又は第二吸着装置２２を通過する排気ガスＧの温度が高温ではない状況の場合には、ステップＳ８０へ進む。

次いで、ステップＳ８０では、制御装置４６が、脱離吸着流路３３ａを選択する。このステップＳ８０において脱離吸着流路３３ａが選択されると、制御装置４６が、各流路切換弁を制御して、排気流路３０を脱離吸着流路３３ａに切り換える。

この脱離吸着流路３３ａにより、高温の排気ガスＧが排気ガス浄化装置１２の上流に配置された第二吸着装置２２を通過したときに吸着した浄化対象成分が脱離する。そして、その脱離した浄化対象成分を排気ガス浄化装置１２で浄化できる。更に、第二吸着装置２２から浄化対象成分を脱離している間でも残りの第一吸着装置２１で排気ガス浄化装置１２を通過した浄化対象成分を吸着することができる。

上記のステップＳ４０で、条件Ｂが成立した、すなわち排気ガス浄化装置１２の下流に通過する浄化対象成分が殆ど無い状況、且つ、脱離対象ではない第一吸着装置２１又は第二吸着装置２２を通過する排気ガスＧの温度が高温の状況の場合には、ステップＳ９０へ進む。

次いで、ステップＳ９０では、制御装置４６が、脱離流路３３ｂを選択する。このステップＳ９０において脱離流路３３ｂが選択されると、制御装置４６が、各流路切換弁を制御して、排気流路３０を脱離流路３３ｂに切り換える。

この脱離流路３３ｂにより、高温の排気ガスＧが排気ガス浄化装置１２の上流に配置された第二吸着装置２２を通過したときに吸着した浄化対象成分が脱離する。そして、その脱離した浄化対象成分を排気ガス浄化装置１２で浄化できる。更に、排気ガス浄化装置１２の下流での浄化対象成分の脱離を防止できる。また、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の使用頻度を減らすことで、脱離しなければならない状況を低減できる。

上記のステップＳ３０で、条件Ａが成立しない場合には、ステップＳ５０へ進む。次いで、ステップＳ５０では、制御装置４６が、条件Ｃが成立するか否かを判定する。この条件Ｃの成立条件は、排気ガス浄化装置１２が再生中、又は、窒素酸化物濃度センサ４８の検出値である窒素酸化物濃度ρ_ＮＯｘが予め定められた第六閾値ρｃ以上、又は、アンモニア濃度センサ４９の検出値であるアンモニア濃度ρ_ＮＨ３が予め定められた第七閾値ρｄ以上である。

第六閾値ρｃは、排気ガス浄化装置１２を通過後の窒素酸化物の通過量が多いことを判定できる値に設定される。第七閾値ρｄは、排気ガス浄化装置１２を通過後のアンモニアの通過量が多いことを判定できる値に設定される。

このステップＳ５０で、条件Ｃが成立した場合には、制御装置４６は、その排気ガス浄化装置１２の再生に伴って一時的に浄化対象成分が増加するおそれのある、あるいは、排気ガス浄化装置１２における浄化状況が悪化している第四の状況と判定して、ステップＳ７０へ進む。

ステップＳ５０で条件Ｃが成立した場合には、排気ガス浄化装置１２を再生する際に、ポスト噴射などにより排気ガスに供給された未然炭化、煤（Ｓｏｏｔ）燃焼で生じた一酸化炭素、排気ガスの温度上昇に伴ってＳＣＲ触媒１６から脱離したアンモニアなどが排気ガス浄化装置１２を通過するおそれがある。また、排気ガス浄化装置１２を通過した浄化対象成分が大気へ放出されるおそれがある。しかし、このような場合には、ステップＳ７０で、制御装置４６が各流量切換弁を制御して、排気流路３０を並列吸着流路３２ａ又は直列吸着流路３２ｂに切り換えて、排気ガス浄化装置１２の下流に複数の第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２を配置することで、仮に排気ガス浄化装置１２を通過した排気ガスの流量が多くなっても、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の両方で浄化対象成分を吸着できる。

一方、このステップＳ５０で、条件Ｃが成立しない場合には、ステップＳ４０へ進む。そして、再度、ステップＳ４０で、条件Ｂが成立しない場合には、制御装置４６が、排気
ガス浄化装置１２が浄化対象成分の殆どを浄化できる状況と判定して、ステップＳ１００へ進む。

次いで、ステップＳ１００では、制御装置４６が、通常吸着流路３１を選択する。このステップＳ１００において通常吸着流路３１が選択されると、制御装置４６が、各流路切換弁を制御して、排気流路３０を通常吸着流路３１に切り換える。

この通常吸着流路３１により、排気ガス浄化装置１２で浄化対象成分のほとんどを浄化し、仮に浄化しきれない、あるいは脱離した浄化対象成分を第二吸着装置２２で吸着する。

ステップＳ５０後のステップＳ４０で、条件Ｂが成立した場合には、制御装置４６が、排気ガス浄化装置１２が十分に浄化対象成分を浄化し、排気ガス浄化装置１２の下流に通過する浄化対象成分が殆ど無い状況、又は、排気ガス浄化装置１２を通過した排気ガスＧの温度が高温の第五の状況と判定して、ステップＳ１１０へ進む。

次いで、ステップＳ１１０では、制御装置４６が、無吸着流路３０’を選択する。このステップＳ１１０において無吸着流路３０’が選択されると、制御装置４６が、各流路切換弁を制御して、排気流路３０を無吸着流路３０’に切り換える。

この無吸着流路３０’により、排気ガスが高温の場合の第一吸着装置及び第二吸着装置２２からの浄化対象成分の脱離を防止できる。また、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の使用頻度を低減できる。

ステップＳ６０〜ステップＳ１１０が行われ、排気流路３０の中から最適な流路を選択したら、スタートへ戻り、再度ステップＳ１０〜ステップＳ５０の判定が順次開始される。

上記の排気ガス浄化方法によれば、ステップＳ１０〜ステップＳ５０の各判定により、排気ガス浄化装置１２の浄化対象成分の浄化状況及び再生状況、並びに第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の吸着状況を判定して、排気流路３０の中からそれらの状況に応じた最適な流路を選択することで、浄化対象成分の大気への放出を防止すると共に、排気ガス浄化装置１２の被毒、並びに第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の飽和も防止できる。更に、排気ガス浄化装置１２の下流で第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２からの浄化対象成分の脱離を防止できると共に、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の使用頻度も低減できる。

上記のステップＳ３０における条件Ａの成立条件の詳細については、図１０のフローチャートに示す。なお、ここでは、第二吸着装置２２の判定を例示するが、第一吸着装置２１についても同様に判定する。

この判定方法は、ステップＳ２００及びステップＳ２１０の各判定を行って、第二吸着装置２２の吸着状況を判別して、その状況に基づいて第二吸着装置２２から吸着した浄化対象成分を脱離するか否かを判定する方法である。

まず、ステップＳ２００では、制御装置４６が第二吸着装置２２から吸着した浄化対象成分を脱離してからの運転時間Δｔ１が第八閾値Δｔａ以上か否かを判定する。この第八閾値Δｔａは、予め実験や試験により計測された第二吸着装置２２から吸着した浄化対象成分を脱離する必要がある時間に設定される。なお、このステップＳ２００では、運転時間Δｔ１の代わりに、脱離してからの走行距離を用いて、その走行距離が予め定められた
閾値以上か否かを判定してもよい。

このステップＳ２００で、運転時間Δｔ１が第八閾値Δｔａ以上の場合には、ステップＳ２１０へ進む。次いで、ステップＳ２１０では、制御装置４６が第二吸着装置２２から浄化対象成分を脱離することを決定する。

一方、ステップＳ２００で、運転時間Δｔ１が第八閾値Δｔａ未満の場合には、ステップＳ２１０へと進む。次いで、ステップＳ２１０では、制御装置４６が、条件Ｄが成立したか否かを判定する。この条件Ｄの成立条件は、未然炭化水素の吸着量Ａ_ＨＣ、一酸化炭素の吸着量Ａ_ＣＯ、窒素酸化物の吸着量Ａ_ＮＯｘ、及びアンモニアの吸着量Ａ_ＮＨ３のそれぞれが予め定められた閾値以上となる、又は、未然炭化水素の吸着量Ａ_ＨＣ、一酸化炭素の吸着量Ａ_ＣＯ、窒素酸化物の吸着量Ａ_ＮＯｘ、及びアンモニアの吸着量Ａ_ＮＨ３のそれぞれを合計した総吸着量Ａ_{ｔｏｔａｌ}が閾値以上となることである。ここで、各閾値は、予め実験や試験により計測された第二吸着装置２２の吸着できる吸着量の上限値よりも小さい値に設定される。このように各閾値を上限値よりも小さい値に設定することで、飽和の回避には有利となる。

吸着量Ａ_ＨＣは、前回、吸着した浄化対象成分を脱離してから各流路で浄化対象成分を吸着した積算吸着時間に基づいて以下の数式（１）から推定する。ここで、通常吸着流路３１、脱離吸着流路３３ａ、及び上下流吸着流路３４における排気ガス浄化装置１２の下流で浄化対象成分を吸着した積算吸着時間をΔｔ２、並列吸着流路３２ａ及び直列吸着流路３２ｂでの積算使用時間をΔｔ３、上下流吸着流路３４における排気ガス浄化装置１２の上流で浄化対象成分を吸着した積算吸着時間をΔｔ４とし、ｘ、ｙ、及びｚを係数とする。この係数ｘ、ｙ、及びｚはエンジン１０における燃料の燃焼状態及び排気ガス浄化装置１２の浄化状況に基づいた係数である。ｘは通常吸着流路３１、脱離吸着流路３３ａ、及び上下流吸着流路３４における排気ガス浄化装置１２の下流における単位時間当たりの代表的な吸着量の定数としてもよいし、エンジンの運転状況や排気ガス浄化装置１２の浄化状況に関係した数値として取り扱ってもよい。ｙは並列吸着流路３２ａ及び直列吸着流路３２ｂでの単位時間当たりの代表的な吸着量の定数としてもよいし、エンジンの運転状況や排気ガス浄化装置１２の浄化状況に関係した数値として取り扱ってもよい。ｚは上下流吸着流路３４における排気ガス浄化装置１２の上流での単位時間当たりの代表的な吸着量の定数としてもよいし、エンジンの運転状況や排気ガス浄化装置１２の浄化状況に関係した数値として取り扱ってもよい。なお、直列吸着流路３２ｂにおいては、係数ｙとは異なる係数を用いてもよく、上流側又は下流側に配置されたときのそれぞれに異なる係数を用いてもよい。

吸着量Ａ_ＣＯは、前回、吸着した浄化対象成分を脱離してから各流路で浄化対象成分を吸着した積算吸着時間に基づいて以下の数式（２）から推定される。

吸着量Ａ_ＮＯｘは、前回、吸着した浄化対象成分を脱離してから各流路で浄化対象成分
を吸着した積算吸着時間に基づいて以下の数式（３）から推定する。ここで、時間Δｔ２及び時間Δｔ３の合計時間をΔｔ、窒素酸化物濃度センサ４８の検出値をｗ、排気ガスの流量をＱ、係数をαとする。係数αは排気ガス中の窒素酸化物の第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２に対する吸着率を現わす。吸着率は定数もしくは第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の温度の関数として表すことができる。排気ガスの流量Ｑは、例えば、エンジン１０における燃料噴射量及び吸入空気量に基づいて算出される。

吸着量Ａ_ＮＨ３は、前回、吸着した浄化対象成分を脱離してから各流路で浄化対象成分を吸着した積算吸着時間に基づいて以下の数式（４）から推定する。ここで、アンモニア濃度センサ４９の検出値をｖ、係数をβとする。係数βは排気ガス中のアンモニアの第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２に対する吸着率を現わす。

このステップＳ２１０で、条件Ｄが成立した場合には、ステップＳ２２０へ進む。一方、ステップＳ２１０で、条件Ｄが成立しない場合には、ステップＳ２３０へ進む。次いで、ステップＳ２３０では、制御装置４６が第二吸着装置２２から浄化対象成分を脱離しないことを決定する。

このように、前回、浄化対象成分を脱離してからの運転時間Δｔ１と、第二吸着装置２２に吸着した浄化対象成分の吸着量とに基づいて、第二吸着装置２２から吸着した浄化対象成分を脱離するか否かを判定することによって、第二吸着装置２２が飽和量に達して浄化対象成分を吸着できなくなる状態を回避できる。なお、第一吸着装置２１においても同様である。

上記の排気ガス浄化システム１１においては、流路可変機構４０が、複数の流路に切り換わる排気流路３０を、第一吸着装置２１が吸着した浄化対象成分の吸着量Ａ１と、第二吸着装置２２が吸着した浄化対象成分の吸着量Ａ２とを異なる量にする流路に切り換える構成が望ましい。なお、この実施形態では、吸着量Ａ１よりも吸着量Ａ２が多い場合を例として説明しており、通常吸着流路３１においては、排気ガス浄化装置１２の下流に第二吸着装置２２を配置し、上下流吸着流路３４においては、排気ガス浄化装置１２の上流に第二吸着装置２２を配置している。

詳しくは、図９に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１０が不成立の場合には、吸着量Ａ１が吸着量Ａ２未満か否かを判定するステップを行う。また、ステップＳ２０が不成立の場合、ステップＳ５０が不成立の場合、ステップＳ４０が不成立の場合にも同様に、吸着量Ａ１が吸着量Ａ２未満か否かを判定するステップを行う。そして、それらのステップで、吸着量Ａ１が吸着量Ａ２未満の場合には、上下流吸着流路３４においては、排気ガス浄化装置１２の上流に配置される吸着装置として、第二吸着装置２２を選択し、一方、吸着量Ａ１が吸着量Ａ２以上の場合には、排気ガス浄化装置１２の上流に配置される
吸着装置として、第一吸着装置２１を選択する。また、直列吸着流路３２ｂにおいては、先頭（上流）に配置される吸着装置として、第二吸着装置２２を選択する。また、通常吸着流路３１においては、排気ガス浄化装置１２の下流に配置される吸着装置として、第二吸着装置２２を選択する。

このように、吸着量Ａ１と吸着量Ａ２とを常に異なるように流路を選択する、つまり、吸着量Ａ１及び吸着量Ａ２のどちらか一方を他方よりも常に大きくするように流路を選択することで、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の両方が同時に飽和することを回避できる。これにより、第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２のどちらでも浄化対象成分を吸着できない状態を回避するので、排気ガス浄化システム１１における浄化率の向上には有利となる。

なお、上記のエンジン１０はディーゼルエンジンを例に説明したが、本発明はこれに限定されずに、例えば、ガソリンエンジンにも適応できる。

また、排気ガス浄化装置１２の構成は、上記の構成に限定するものではなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ）等のリーンＮＯｘ低減触媒（ＬＮＴ）、酸化触媒１３、捕集装置１４、尿素系のＳＣＲ触媒１６、ＨＣを還元剤とするＳＣＲ触媒装置（ＨＣ−ＳＣＲ）、アンモニアスリップ触媒１７、及び複合的な機能を併せ持つ触媒装置（例えば、微粒子捕集装置と選択還元型触媒装置の複合装置である選択触媒化燃焼フィルタ（ＳＣＲＦ））のいずれか又はいくつかを組み合せてもよい。

また、上記の第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２は、炭化水素、炭素酸化物、窒素酸化物、及びアンモニアを吸着する構成として説明したが、これに限定するものではなく、排気ガス浄化装置１２の構成や、エンジン１０から排出される排気ガスに含有される成分の変化により吸着できる成分を変えることができる。

また、吸着装置は、二つに限定されずに、二つ以上備えてもよく、その場合には、吸着装置の数に応じて排気流路３０を構成する通路を増やすとよい。

また、排気流路３０を構成する各通路及び流路可変機構４０を構成する各流路可変弁は上記の構成に限定されない。

例えば、図１１に示すように、迂回通路３９の上流端を並列通路３６の第一通路３６ｂの上流側に接続する構成とし、第二流路切換弁４２を三方弁で構成してもよい。但し、この場合には、脱離流路３３ｂにおいて、第一吸着装置２１から浄化対象成分を脱離することはできない。

また、図１２に示すように、迂回通路３９の下流端を並列通路３６の導出通路３６ｄに接続する構成とし、第三流路切換弁４３を三方弁で構成してもよい。

また、図１３に示すように、迂回通路３９の上流端を並列通路３６の第一通路３６ｂの上流側に接続し、下流端を並列通路３６の導出通路３６ｄに接続する構成とし、第二流路切換弁４２及び第三流路切換弁４３のそれぞれを三方弁で形成し、迂回通路３９の中途の位置に第六流路切換弁５０を配置してもよい。この第六流路切換弁５０は迂回通路３９を開放及び遮断する開閉弁で構成される。但し、この場合にも、脱離流路３３ｂにおいて、第一吸着装置２１から浄化対象成分を脱離することはできない。

このように、第二流路切換弁４２、又は第三流路切換弁４３を三方弁で構成することで、四方弁を用いた場合と比較してコストを低減できる。また、流路切換弁を通過時の排気損失が増加しないようにする場合に、四方弁に比較して三方弁は小さくできるので、装置の重厚長大化の抑制には有利となる。

また、図１４に示すように、排気流路３０を、上記の直列吸着流路３２ｂにおける第一吸着装置２１及び第二吸着装置２２の配置順序を逆にした、逆直列吸着流路３２ｃに切り換えることもできる。この逆直列吸着流路３２ｃによれば、排気ガスＧが排気ガス浄化装置１２を通過してから、第一吸着装置２１を通過するまでに、導入通路３６ａ及び迂回通路３９の両方の通路を通過する。すなわち、その通過中に排気ガスＧの温度を低下させることで、排気ガスＧの温度が高温の場合でも、排気ガス浄化装置１２の下流で浄化対象成分を吸着させることが可能となる。

この逆直列吸着流路３２ｃを使用する場合には、迂回通路３９を導入通路３６ａと同様に、通過する排気ガスＧを冷却可能な構成にすることが好ましい。

１０ エンジン
１１ 排気ガス浄化システム
１２ 排気ガス浄化装置
２０ 吸着剤
２１、２２ 第一吸着装置、第二吸着装置
３０ 排気流路
３１ 通常吸着装置
３２ａ 並列吸着流路
３２ｂ 直列吸着流路
３３ａ 脱離吸着流路
３３ｂ 脱離流路
３４ 上下流吸着流路
３０’ 無吸着流路
３９ 迂回通路
４０ 流路可変機構

Claims (9)

1. 内燃機関から排出された排気ガスに含有される浄化対象成分を浄化する排気ガス浄化装置を備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
   前記浄化対象成分を低温時に吸着し、吸着した該浄化対象成分を高温時に脱離する吸着剤を有した複数の吸着装置と、
   前記排気ガス浄化装置の下流に少なくとも一つの前記吸着装置を配置した流路、前記排気ガス浄化装置の上流に少なくとも一つの前記吸着装置を配置した流路、並びに、前記排気ガス浄化装置の上流及び下流のそれぞれに前記吸着装置を配置しない流路に切り換わる排気流路と、
   複数の流路に切り換わる前記排気流路を、前記排気ガス浄化装置の浄化状況、該排気ガス浄化装置の再生状況、及び複数の前記吸着装置の飽和状況のいずれかに基づいた流路に切り換える流路可変機構と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
2. 前記流路可変機構が、前記排気流路を、
   前記排気ガス浄化装置の下流に、該排気ガス浄化装置を通過した前記浄化対象成分を吸着する少なくとも一つの前記吸着装置を配置した通常吸着流路、
   前記排気ガス浄化装置の下流に、該排気ガス浄化装置を通過した前記浄化対象成分を吸着する前記通常吸着流路よりも多数の前記吸着装置を並列に配置した並列吸着流路、
   前記排気ガス浄化装置の下流に、該排気ガス浄化装置を通過した前記浄化対象成分を吸着する前記通常吸着流路よりも多数の前記吸着装置を直列に配置した直列吸着流路、
   前記排気ガス浄化装置の上流に、吸着した前記浄化対象成分を脱離する少なくとも一つの前記吸着装置を配置すると共に、該排気ガス浄化装置の下流に該排気ガス浄化装置を通過した前記浄化対象成分を吸着する少なくとも一つの前記吸着装置を配置した脱離吸着流路、
   前記排気ガス浄化装置の上流に、吸着した前記浄化対象成分を脱離する少なくとも一つの前記吸着装置を配置すると共に、該排気ガス浄化装置の下流に前記吸着装置を配置しない脱離流路、
   前記排気ガス浄化装置の上流に、該排気ガス浄化装置を通過する前の前記浄化対象成分を吸着する少なくとも一つの前記吸着装置を配置すると共に、該排気ガス浄化装置の下流に該排気ガス浄化装置を通過した前記浄化対象成分を吸着する少なくとも一つの前記吸着装置を配置した上下流吸着流路、
   並びに、前記排気ガス浄化装置の上流及び下流に両方に前記吸着装置を配置しない無吸着流路のいずれかに切り換える構成にした請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
3. 前記流路可変機構が、
   前記排気ガス浄化装置の入口を通過する排気ガスの装置入口温度が予め定められた第一閾値未満の第一の状況の場合には、前記排気流路を前記上下流吸着流路に切り換え、
   前記第一の状況以外で、前記排気ガス浄化装置の触媒の入口を通過する排気ガスの触媒入口温度が予め定められた第二閾値未満の第二の状況の場合には、前記排気流路を前記並列吸着流路又は前記直列吸着流路に切り換え、
   前記第一の状況及び前記第二の状況以外で、少なくとも一つの前記吸着装置から前記浄化対象成分を脱離する条件が成立した第三の状況の場合には、前記排気流路を前記脱離吸着流路又は前記脱離流路に切り換え、
   前記第一の状況、前記第二の状況、及び前記第三の状況以外で、前記排気ガス浄化装置を通過する前記浄化対象成分が増加する条件が成立した第四の状況の場合には、前記排気流路を前記並列吸着流路又は前記直列吸着流路に切り換え、
   前記第一の状況、前記第二の状況、及び前記第三の状況、及び前記第四の状況以外で、
   仮に前記排気ガス浄化装置の下流に前記吸着装置を配置したときに脱離する、あるいは前記排気ガス浄化装置を通過する前記浄化対象成分が減少する条件が成立した第五の状況の場合には、前記排気流路を前記無吸着流路に切り換え、
   上記以外の場合には、前記排気流路を前記通常吸着流路に切り換える構成にした請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
4. 複数の前記吸着装置として第一吸着装置及び第二吸着装置の二つを備え、
   前記排気流路を、前記排気ガス浄化装置の上流に配置された上流通路と、該排気ガス浄化装置の下流に配置された並列通路と、該上流通路及び該並列通路を接続する導入三叉通路及び導出三叉通路と、該並列通路の一部を迂回する迂回通路とにより構成し、
   前記並列通路を、上流端が前記排気ガス浄化装置の出口に接続された導入通路と、該導入通路の下流端に上流端が接続されると共に前記第一吸着装置が配置された第一通路と、該導入通路の下流端に上流端が接続されると共に前記第二吸着装置が配置された第二通路と、該第一通路の下流端及び該第二通路の下流端に上流端が接続された導出通路とにより、該第一通路及び該第二通路を並列に配置して構成し、
   前記導入三叉通路を、上流端が前記上流通路に接続された第一接続通路と、該第一接続通路の下流端に上流端が接続された第二接続通路及び第三接続通路とにより、該第二接続通路の下流端を前記第一吸着装置の下流の前記第一通路に接続すると共に該第三接続通路の下流端を前記第二吸着装置の下流の前記第二通路に接続して構成し、
   前記導出三叉通路を、上流端が前記第一接続通路よりも下流の前記上流通路に接続された第四接続通路と、該第四接続通路の下流端に上流端が接続された第五接続通路及び第六接続通路とにより、該第五接続通路の下流端を前記第一吸着装置の上流の前記第一通路に接続すると共に該第六接続通路の下流端を前記第二吸着装置の上流の前記第二通路に接続して構成し、
   前記迂回通路を、前記並列通路の上流側の分岐点、あるいは前記第一通路又は前記第二通路のどちらか一方の上流側に上流端を接続すると共に、該並列通路の下流側の分岐点、あるいは前記第一通路又は前記第二通路のどちらか一方の下流側に下流端を接続して構成し、
   前記流路可変機構を、前記導入三叉通路及び前記導出三叉通路の間の前記上流通路に配置された第一流路切換弁と、前記並列通路、前記導入三叉通路、及び前記導出三叉通路の四つの分岐点にそれぞれ配置された第二流路切換弁、第三流路切換弁、第四流路切換弁、及び第五流路切換弁と、それぞれの流路切換弁を制御する制御装置とにより構成した請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
5. 前記流路可変機構に、前記迂回通路の中途の位置に配設されて、該迂回通路を開放及び遮断する開閉弁を追加した請求項４に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
6. 前記並列通路の前記導入通路を、該導入通路を通過する排気ガスを冷却する通路で構成した請求項４又は５に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
7. 前記排気流路を、前記排気ガス浄化装置の上流に、吸着した前記浄化対象成分を脱離する少なくとも一つの前記吸着装置を配置すると共に、該排気ガス浄化装置の下流に該排気ガス浄化装置を通過した前記浄化対象成分を吸着する少なくとも一つの前記吸着装置を配置した脱離吸着流路、及び、前記排気ガス浄化装置の上流に、吸着した前記浄化対象成分を脱離する少なくとも一つの前記吸着装置を配置すると共に、該排気ガス浄化装置の下流に前記吸着装置を配置しない脱離流路に切り換える場合には、前記第一流路切換弁を、開方向から閉方向へ徐々に閉じる構成にした請求項４〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
8. 前記流路可変機構が、複数の流路に切り換わる前記排気流路を、複数の前記吸着装置の
   それぞれの前記浄化対象成分の吸着量を異なる量にする流路に切り換える構成にした請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
9. 排気流路に配置された排気ガス浄化装置で、内燃機関から排出された排気ガス含有される浄化対象成分を浄化すると共に、該排気流路に配置されて、該浄化対象成分を低温時に吸着し、吸着した該浄化対象成分を高温時に脱離する吸着剤を有した複数の吸着装置で、更に浄化する内燃機関の排気ガス浄化方法であって、
   前記排気ガス浄化装置の浄化状況、該排気ガス浄化装置の再生状況、及び複数の前記吸着装置の飽和状況のいずれかに基づいて、前記排気流路を、前記排気ガス浄化装置の下流に少なくとも一つの前記吸着装置を配置した流路、前記排気ガス浄化装置の上流に少なくとも一つの前記吸着装置を配置した流路、又は、前記排気ガス浄化装置の上流及び下流のそれぞれに前記吸着装置を配置しない流路に切り換えることで、
   前記排気ガス浄化装置を通過した前記浄化対象成分を少なくとも一つの前記吸着装置で吸着すること、及び、前記吸着装置から脱離した前記浄化対象成分を前記排気ガス浄化装置で浄化すること、及び、前記排気ガス浄化装置を通過する前の前記浄化対象成分を少なくとも一つの前記吸着装置で吸着すること、及び、前記排気ガス浄化装置の下流で前記吸着装置から前記浄化対象成分を脱離させないことのいずれか又はいくつかを組み合わせて、排気ガスを浄化することを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。

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